物理光学线偏振光的获取与检验

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(物理光学)第十五章_光的偏振和晶体光学基础-5

O
1 2 cos , sin 2 2 G＝ 1 sin 2 , sin 2 2
检偏器透光轴与x’轴夹角是，其琼斯矩阵为：
1 2 1 2 cos , sin 2 A cos A sin 2 2 A1 1 2 2 E出 GE入＝ A iA 1 2 sin 2 , sin 2 2 1 sin 2 iA2 sin 2 2
2、偏振分光镜与/4片组合
Io/4
Io Io/2 普通分光镜
Io/2 Io Io Io 偏振分光镜
稳频He-Ne激光 (He-Ne laser)
压电晶体(Piezoelectric crystal)
/2片
/4片
被检面
偏振分光棱镜 prism
检偏器
TV相机
非球面测定用干涉仪
itg
2 1

结论：
1）从1/4波片出射的是线偏光。出射线偏光的光矢量与x轴的夹角=/2。
2）旋转检偏器可测得，故可求，即求得了待测玻璃的双折射率之差，从而分析了玻璃内部的应力情况。
二、会聚(Convergence)偏光仪的干涉
P
C
A
会聚偏光仪干涉装置
透过厚度为d的晶片时两束出射光之间的相位差：
半影式检偏器工作原理原理
结构： P H A
y
P1
O H1
’ ’
H2 P2 A
x
2 2 I1＝OH1 sin ( ' ) 2 2 I 2＝OH 2 sin ( ' )
2、椭圆偏振光的测定含义：用实验方法测定表示偏振状态的参量（指定坐标系中的方位角、椭圆度tg和旋向；或直角坐标系下两偏振光振幅比和位相差。） y y’ C2 A2 x’

线偏振光的产生和检验

第六章第5讲pWave Optics631线偏振光的产生和检验6.3.1 线偏振光的产生和检验d③二向色性起偏器,人造偏振片一、晶体起偏器件1、晶体的二向色性、晶体偏振器某些晶体对o光和e光的吸收有很大差异，例如电气石对光有强烈吸收对光这叫晶体的二向色性（dichroism）。

例如，电气石对o光有强烈吸收，对e光吸收很弱，用它就可以产生线偏振光。

e 光····光轴电气石光轴线栅起偏器入射光含有各种偏振态平行于线方向的偏振光能够激发电子沿线移动，这导致光的发射从而抵消了入射光。

对于垂直于线的偏振光不会发生这种现象。

这种起偏器在红外波段工作最好。

二向色性偏振片采用同样的思路，但是使用长聚合物。

可见光波段的线栅起偏器应用半导体制备技术, 用于可见光波段的线栅起偏器已被开发出来。

间距小于1微米。

n )arcsin(12n c =θ使入射光束在入口处分成两束。

垂直偏振光经过从高折射率(1.66)到低折射光束往下倾斜，异常光折射率接近寻常光，也可能发生全反射。

<GKH=14º时，异常光全反射格兰(Glan)棱镜()偏振棱镜可由自然光获得高质量的线偏振光，它又可分为偏光棱镜和偏光分束棱镜。

z 偏光棱镜：可由自然光获得原方向的线偏振光吸收涂层格兰—汤姆孙棱镜光轴的取向使e光对应············•光轴方解石o e i的恰是n e 。

•光轴方解石加拿大树胶(n =1.55)n o （1.6584）＞n （1.55）＞n e （1.4864）i 临界角光全反射了光可通过i > 临界角，o 光全反射了，e 光可通过。

B .格兰(Glan)棱镜●xZ=0⊙●yO光e光主平面是与此上图垂直的平面晶体线偏振器•格兰(Glan)棱镜渥拉斯顿(Wollaston)棱镜(a)和罗雄(Rochon)棱镜(b)晶体线偏振器可由自然光获得分开的两束线偏振光光进入到第1块方解石后，o光和e光在方向上没有分开渥拉斯顿(Wollaston)棱镜o光和e光在方向上没有分开。

6-02偏振光的获得与检测

e
o
Ax cos(0t ko z ) Ex
z
出射表面
x
t0时刻，平面偏振光入射
z
一般情况下为椭圆偏振光
4
同样在t0时刻，出射
y
Ey Ay cos(t kz0 )
e o
Ex Ax cos(t kz0 )
x
y
E y Ay cos(t kz0 kne d )

( ,
3 3 ) 2 2
(
3 , 2 ) 2 2
8
Ex Ax cos(t ) 偏振光： E y Ay cos(t )
调节
¼波片 ½波片
调节偏振态
线偏振圆偏振椭圆偏振
9
4. 圆偏振光及椭圆偏振光的获得及检验
d
主平面
o光电矢量振动方向为o轴
2
• 各光在波晶片中的光程
Le ne d 从波片出射时的光程差 L Le Lo (ne no )d 2 (ne no )d e光相对于o光的相位延迟相位差 1 1 L m m 波片片 m取整数 4 4 4 2 2 1 2m 波片片 L m 2 2 2 全波片 2m L m d
• 利用波片的相位延迟作用，使得从其中出射的两列振动相互垂直的光波之间有一定的相位差 • 这两列光合成，使得出射光具有不同的偏振态。 • 合成光的偏振态取决于它们之间的相位差
10
自然光经过波晶片
• • • •
自然光可正交分解每一个分量都含有相位随机的多列波在晶体中分为相互正交的o光、e光经过波片后，每一个分量仍然是相位随机的多列波 • 所以，正交分量合成后，仍是自然光 • 不考虑波片的吸收，光强不变。

偏振光的获得和检测

§17-10偏振光的获得和检测一、偏振光的获得1. 布儒斯特定律如果让自然光从折射率为n 1的介质射向折射率为n 2的介质而被界面反射，反射光中垂直于入射面的光振动成分将大于处于入射面内的光振动成分，当入射角等于某一特定角i 0时，反射光成为振动面垂直于入射面的线偏振光，并且i 0满足, (17-69)这个规律称为布儒斯特定律，i 0称为布儒斯特角或起偏角。

当入射角为i 0时，折射角为r 0，根据折射定律，应有. (17-70)将这个关系代入式(17-69)，得,即,这表示，当入射角为起偏角时，反射光与折射光互相垂直，如图17-40所示。

如果自然光从空气射到折射率为1.50的玻璃片上，根据布儒斯特定律，可以求得起偏角为56.3︒，此时的折射角为33.7︒。

当自然光以起偏角从一种介质入射到第二种介质的表面上，反射光成为线偏振光，而如果第二种介质没有特殊的吸收作用，那么折射光将成为部分偏振光，并且在入射面内的光振动成分将大于垂直于入射面的光振动成分。

假如让这样的部分偏振光连续几次作同样的反射和折射, 最后获得的折射光也必定是线偏振光。

2. 晶体的双折射现象在§8-7中讨论固体的一般性质时，曾涉及过晶体具有的一种普遍性质，即各向异性。

这里我们所要说的各向异性，是在某些透明晶体中光沿不同的方向具有不同的传播速率，具有这种性质的晶体，称为双折射晶体。

我们设想在各向同性的均匀介质中有一点光源s ，在任意瞬间光波的波面总是球面。

而在均匀的双折射晶体中，点光源s 发出的光波波面却有两组，一组是球面，另一组是旋转椭球面，如图13-41所示。

这两组波面在某一方向上彼此相切，如图中qq '的方向，这个方向称为晶体的光轴。

图 17-41在一般情况下，当平行自然光垂直入射到晶体的表面时，根据惠更斯原理，被照射的晶体表面上各点都是发射子波的波源，而子波的波面有球面和椭球面两种，所以子波波面的包络面也应有两种，即球面的包络面和椭球面的包络面。

光偏振物理实验报告

1. 观察光的偏振现象，加深对光的横波性的理解。

2. 学习并掌握产生和检验偏振光的光学元件及仪器的工作原理。

3. 通过实验验证马吕斯定律，探究偏振光的特性。

4. 掌握椭圆偏振光和圆偏振光的产生与检测方法。

二、实验原理光是一种电磁波，具有横波特性。

当光波在传播过程中，若光矢量保持在固定平面上振动，则称为线偏振光；若光矢量绕着传播方向旋转，其端点描绘的轨迹为一个圆，则称为圆偏振光；若光矢量端点旋转的轨迹为一椭圆，则称为椭圆偏振光。

偏振片是一种能够选择性地透过某一特定方向振动的光波的光学元件。

当自然光通过偏振片时，只有与偏振片偏振方向一致的光波分量能够通过，从而产生线偏振光。

马吕斯定律指出，当线偏振光通过一个偏振片时，透射光的强度与入射光的强度成正比，且透射光的强度与入射光的偏振方向和偏振片的偏振方向之间的夹角θ满足以下关系：\[ I = I_0 \cdot \cos^2(\theta) \]其中，\( I \)为透射光的强度，\( I_0 \)为入射光的强度，θ为入射光的偏振方向和偏振片的偏振方向之间的夹角。

三、实验仪器1. 光具座2. 半导体激光器3. 偏振片4. 1/4波片5. 激光功率计6. 光电倍增管探头及电源7. 中央调节平台和两臂调节机构1. 将半导体激光器固定在光具座上，调整激光器使其发出的光束平行于光具座。

2. 将偏振片放置在激光器与光电倍增管探头之间，调整偏振片的偏振方向，观察光电倍增管探头的输出信号。

3. 记录偏振片偏振方向与激光器光束方向之间的夹角θ，以及光电倍增管探头的输出信号强度。

4. 重复步骤2和3，改变偏振片的偏振方向，记录相应的θ和输出信号强度。

5. 将1/4波片放置在偏振片与光电倍增管探头之间，调整1/4波片的光轴方向，观察光电倍增管探头的输出信号。

6. 记录1/4波片光轴方向与偏振片偏振方向之间的夹角θ，以及光电倍增管探头的输出信号强度。

7. 重复步骤5，改变1/4波片的光轴方向，记录相应的θ和输出信号强度。

(整理)偏振光的观测和检验.

【实验目的】1．观察光的偏振现象，加深对偏振光的理解．2．掌握产生和检验偏振光的原理和方法．3．观察光的旋光现象，学习用旋光仪测定糖溶液的浓度。

【实验仪器】氦氖激光器，偏振片(或尼科耳棱镜)，半波片，1／4波片，硅光电池，灵敏电流计，减光板，玻璃片．【实验原理】能使自然光变成偏振光的装置或器件称为起偏器．用来检验偏振光的装置或器件称为检偏器．实际上，能产生偏振光的器件，同样可用作检偏器．1．平面偏振光的产生(1)由反射和折射产生偏振自然光在透明介质(如玻璃)上反射或折射时，其反射光和折射光为部分偏振光．当入射角为布儒斯特角(即：入射角满足，为透明介质折射率)时反射光接近于完全偏振光，其偏振面垂直于入射面．(2)由二向色性晶体的选择吸收产生偏振有些晶体(如电气右、人造偏振片)对两个相互垂直振动的电矢量具有不同的吸收本领，称为二向色性．当自然光通过二向色性晶体时，其中一部分的振动几乎被完全吸收，而另一部分的振动几乎没有损失，因此，透射光就成为平面偏振光．利用偏振片可以获得截面较宽的偏振光束，而且造价低廉，使用方便．但偏振片的缺点是有颜色，光透过率稍低．(3)由晶体双折射产生偏振当自然光入射于某些各向异性晶体时，在晶体内折射后分解为两束平面偏振光(o 光、e光)，并以不同的速度在晶体内传播，可用某一方法使两束光分开，除去其中一束，剩余的一束就是平面偏振光．尼科耳(Nicol)棱镜是这类元件之一．它由两块经特殊切割的方解石晶体，用加拿大树胶粘合而成．偏振面平行于晶体的主截面的偏振光可以透过尼科耳棱镜，垂直于主截面的偏振光在胶层上发生全反射而被除掉．2．圆偏振光和椭圆偏振光的产生如图1所示，当振幅为A的平面偏振光垂直入射到表面平行于光轴的双折射晶片时，若振动方向与晶片光轴的夹角为，则在晶片表面上o光和e光的振幅分别为和，它们的位相相同．在晶片中，o光与e光传播方向相同，由于传播速度不同，经过厚度为d的晶片后，o光与e光之间将产生位相差：其中表示光在真空中的波长，和分别为晶体中o光与e光的折射率．图1(1)如果晶片的厚度使产生的位相差，这样的晶片称为1／4波片．平面偏振光通过1／4波片后，透射光一般是椭圆偏振光，当时，则为圆偏振光；当和时，椭圆偏振光退化为平面偏振光．换言之，1／4波片可将平面偏振光变成椭圆或圆偏振光，也可将椭圆与圆偏振光变成平面偏振光．(2)如果晶片的厚度使产生的位相差，这样的晶片称为半波片．若入射平面偏振光的振动面与半波片光轴的夹角为，则通过半波片后的光仍为平面偏振光，但其振动面相对入射光的振动面转过角．3．平面偏振光通过检偏器后光强的变化强度为的平面偏振光通过检偏器后的光强为其中为平面偏振光偏振面和检偏器主截面的夹角，上述关系称为马吕斯(Malus)定律，它表示改变角可以改变透过检偏器的光强．当起偏器和检偏器的取向使得通过的光量最大时，称它们为平行(此时)．当两者的取向使得系统射出的光量最小时，称它们为正交(此时)．4．单色平面偏振光的干涉如图2(a)所示，一束自然光经起偏器(尼科耳棱镜或偏振片)N1后，变成振幅为A的平面偏振光，再通过晶片K射到检偏器N2上．图2(b)表示透过N2迎着光线观察到的振动情况，其中、及分别表示起偏器的主截面、检偏器的主截面和晶片的光轴在同一平面上的投影，和分别为N1、N2的主截面与晶片的光轴的夹角．从晶片透过的两平面偏振光的振幅分别为：它们的位相差为．穿过N2后，只存在振动平面平行于N2主截面的分量和，其大小为可见这两束光是同频率、不等振幅、振动平面在同一平面内的相干光．因此，透射光的光强(按双光束干涉的光强计算方法)为式中，它是从起偏器N1透射的平面偏振光的光强，从上式可以看出：(1)当(或)或时，即透射光强只与N1、N2两主截面的交角的余弦平方成正比，和没有晶片时一样．(2)当N1、N2正交时，，则如果晶片是半波片，则，当等于的奇数倍时，，即有光透过N2，发生相长干涉；当等于的偶数倍时，，无光透过，发生相消干涉．由此可见，当半波片旋转一周时，视场内将出现四次消光现象．(3)当N1与N2平行时，，于是有可以看出，这时透过的光强恰与N1、N2正交时互补．图2（a）图2(b)【实验内容】1．偏振片主截面的确定将一背面涂黑的玻璃片G立在铅直面内，激光器L射出的一细光束沿水平方向入射到玻璃片上，G的反射光为偏振面垂直于入射面的平面偏振光，使G的反射光垂直射人偏振片N，以反射光的方向为轴旋转偏振片N，从透过光强度的变化和反射光的偏振面，可以确定偏振片的主截面，即透过光强极大时偏振片的主截面和反射光的偏振面一致．并在偏振片上标记其主截面的方向．2．验证马吕斯定律使激光器L射出的光束，穿过起偏器N1和检偏器N2射到硅光电池P c上，使N1、N2正交，记录灵敏电流计上的示值．将偏振器每转一角度(～)记录一次，直至转动为止．重复以上过程几次．3．考察半波片对偏振光的影响(1)调N1、N2为正交，在N1、N2间和N1平行放置半波片，以光线方向为轴将波片转，记录出现消光的次数和相对应于N2的位置(角度)．(2)使N1和N2正交，半波片的光轴和N1的主截面成(～)角，转N2使之再消光，记录N2位置．改变角，每次增加～，同上测量直至等于．4．椭圆偏振光、圆偏振光的产生与检验实验装置同上，将半波片换成1／4波片．(1)使N1、N2正交，以光线方向为轴将波片转，记录观察到的现象．(2)使用起偏器N1和1／4波片产生椭圆偏振光，旋转检偏器N2观察光强的变化．记录波片光轴相对N1主截面的夹角，以及转动N2光强极大、极小时主截面与波片光轴的夹角．取不同值重复观测．(3)使用N1和1／4波片产生圆偏振光(应怎样安置1／4波片?)，旋转N2，进行观测并记录．(4)为了区分椭圆偏振光和部分偏振光、圆偏振光和自然光，要在检偏器前再加一个1／4波片去观测，注意1／4波片的放置．(5)设计一实验方案(原理和步骤)，说明如何应用一个1／4波片和一个检偏器，去判断椭圆偏振光的旋转方向．5．注意事项(1)应用光电池记录光强时，灵敏电流计应选用低内阻型．读数时，应注意扣除环境杂散光产生本底电流的影响．若光电流测量值范围过大时，用分流电路（参见硅光电池线性响应实验）可避免因改变电流计的量程，影响电流计的内阻和测量灵敏度，保证电流计低内阻R不变．(2)在观察和讨论波片对偏振光的影响时，准确地确定起偏器N1的主截面与波片的夹角是很重要的．而实际使用的波片，光轴方向定位不够准确，为此应善于运用理论来指导实践，即根据波片在正交偏振片之间绕光线方向旋转一周时，在四个特定方位将出现消光的特性，以帮助校准波片光轴和N1之间夹角的零位．【思考】1．强度为I的自然光通过偏振片后，其强度，为什么?应用偏振片时，马吕斯定律是否适用，为什么?2．怎样才能产生左旋(右旋)椭圆偏振光？。

光的偏振物理实验报告

一、实验目的1. 观察和验证光的偏振现象。

2. 理解偏振光的产生原理和特性。

3. 掌握偏振片、波片等光学元件在偏振光产生与检验中的应用。

4. 验证马吕斯定律，理解偏振光强度的变化规律。

二、实验原理光是一种电磁波，具有横波特性。

在自然光中，光波的振动方向是随机分布的。

当自然光经过某些光学元件后，其振动方向会变得有规律，这种现象称为光的偏振。

偏振光的产生通常需要以下光学元件：1. 起偏器（偏振片）：将自然光变为线偏振光。

2. 波片（1/4波片、1/2波片）：改变光的偏振状态，产生椭圆偏振光或圆偏振光。

马吕斯定律指出，当线偏振光通过一个与其偏振方向成θ角的偏振片时，透射光的强度I与入射光的强度I0之间的关系为：\[ I = I_0 \cos^2\theta \]三、实验仪器与用具1. 自然光源（如激光器）2. 偏振片（起偏器）3. 波片（1/4波片、1/2波片）4. 检偏器（另一个偏振片）5. 光具座6. 光屏7. 秒表（用于测量时间）8. 记录本和笔四、实验步骤1. 自然光与偏振光的产生：- 将激光器发出的光束照射到偏振片上，观察光屏上的光斑。

- 旋转偏振片，观察光斑的变化。

当偏振片的透振方向与光屏上的光斑垂直时，光斑消失，说明光已变为线偏振光。

2. 马吕斯定律验证：- 将偏振片与检偏器放置在光具座上，使它们的透振方向互相垂直。

- 观察光屏上的光斑，记录光斑消失的位置。

- 将偏振片旋转，使透振方向与检偏器的透振方向成θ角，记录光斑再次消失的位置。

- 改变θ角，重复上述步骤，记录光斑消失的位置。

- 利用马吕斯定律，计算每次实验中光斑消失时的透射光强度。

3. 波片的性质及利用：- 将1/4波片放置在偏振片与检偏器之间，观察光屏上的光斑。

- 旋转1/4波片，观察光斑的变化。

当1/4波片的光轴与偏振片的透振方向垂直时，光斑消失，说明1/4波片的光轴方向与偏振片的透振方向成45°角。

- 改变1/4波片的光轴方向，观察光斑的变化。

13-10偏振光的获得和检测

出射偏振方向在ACNM平面内的偏振光. 平面内二向色性晶体二向色性晶体也具有各向异性,双折射的特点, 二向色性晶体也具有各向异性,双折射的特点,同时有选择吸收的性能.例如, 时有选择吸收的性能.例如,电气石对o 光的吸收能力特别强,结果就只剩下e 光穿出晶体. 能力特别强,结果就只剩下光穿出晶体. 4. 波片波晶片或相位延迟片波片(波晶片或相位延迟片波晶片或相位延迟片)
马吕斯定律将一束强度为i的线偏振光射到偏振片上如果振动方向与偏振片的透振方向的夹角为则透射光强为椭圆偏振光和圆偏振光的检测无法用偏振片鉴别只能利用14波片根据消光现象辨认
§13-10 偏振光的获得和检测
一,偏振光的获得 1. 布儒斯特定律的介质, 光从折射率为 n1 的介质射向折射率为 n2 的介质, 满足: 当入射角 i 等于某一定值 i0 满足: tani = n2 = n
tani0 =
n 1
∴ n = tan i0 = tan58.0 = 1.60
在水中的布儒斯特角为
1.60 ′ i0 = arctan = 50.3 1.33
7
光强为I 例2:光强为 0的自然光连续通过两个偏振片后,光强光强为的自然光连续通过两个偏振片后, 变为I 变为 0 / 4,求这两个偏振片的透振方向之间的夹角. ,求这两个偏振片的透振方向之间的夹角. 根据马吕斯定律, 解: 根据马吕斯定律,有
1 2 I = I0 cos θ 2 代入上式, 将I = I0 / 4,代入上式,得
1 1 I 0 = I 0 cos 2 θ , 4 2
2 cos θ = ± , 2
1 I0 2
θ
1 I0 4
∴ = ±45 θ
或±135
8

偏振光的产生和检测

偏振光的产生和检测偏振光是一种只在特定平面内振动的光波。

与非偏振光不同，非偏振光在所有方向上的振动幅度都相同。

偏振光在自然界中广泛存在，例如太阳光就是一种偏振光，自然界中的大部分生物都依赖偏振光进行导航。

此外，偏振光在现代科技领域也有着广泛的应用，如液晶显示、光纤通信等。

一、偏振光的产生1. 自然光的光源自然光是由太阳或其他恒星产生的。

由于太阳或恒星发出的光经过大气层时会受到气流、温度等影响，使得光发生折射和散射，从而使得光波在不同方向上具有不同的相位，进而在各个方向上振动幅度不同，形成自然光。

2. 偏振光的生成方法（1）线性偏振光线性偏振光可以通过偏振器生成。

偏振器是一种能够让光波在特定平面内通过，而在其他平面内则被阻挡的装置。

当自然光通过偏振器时，只有振动方向与偏振器的透振方向平行的光波可以通过，从而得到线性偏振光。

（2）圆偏振光和椭圆偏振光圆偏振光和椭圆偏振光可以通过特殊的装置生成，如线偏振光通过半波片和四分之一波片的组合。

当线偏振光的振动方向与四分之一波片的快轴方向成45度角时，通过四分之一波片后的光波将变为圆偏振光。

椭圆偏振光可以通过改变四分之一波片和半波片之间的夹角来获得。

二、偏振光的检测1. 偏振光检测的原理偏振光的检测主要是利用偏振片对光波的振动方向的筛选作用。

当偏振片的透振方向与光波的振动方向平行时，光波可以通过偏振片；当偏振片的透振方向与光波的振动方向垂直时，光波则被阻挡。

通过观察光波通过偏振片前后的强度变化，可以判断光波的偏振状态。

2. 偏振光检测的方法（1）线偏振光检测线偏振光可以通过偏振片进行检测。

当线偏振光通过偏振片时，如果光波的振动方向与偏振片的透振方向平行，则光波可以通过；如果光波的振动方向与偏振片的透振方向垂直，则光波被阻挡。

通过改变偏振片的透振方向，可以观察到光强的变化，从而判断光波的偏振方向。

（2）圆偏振光和椭圆偏振光检测圆偏振光和椭圆偏振光的检测需要使用特殊的偏振片组合，如半波片和四分之一波片。

12.2线偏振光的获得与检验马吕斯定律

12.2线偏振光的获得与检验马吕斯定律1-线偏振光的获得与检验「利用选择吸收获得线偏振光Y利用反射获得线偏振光、利用晶体的双折射获得线偏振光某些物质能强烈地吸收某个方向的光振动，当自然光照射上时，只允许某个特定方向的光振动通过，形成偏振光。

勢二向色性：某些物质能吸收某一方向的光振动，而只让与这个方向垂直的光振动通过，这种性质称二向色性.(1)偏振片涂有二向色性材料的透明薄片。

如：聚乙烯醇浸碘后拉成薄膜，夹在两玻璃片间制成偏振片。

偏振化方向：当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向・(2)起偏偏振片用来产生偏振光时叫起偏器。

将自然光转变成偏振光的过程称为起偏。

偏振化方向I人眼是不能直接区分自然光与偏振光的，而利用偏振片能够检验一束光是否是偏振光，此时偏振片就叫做检偏器・(3)检偏偏振片用来检验光的偏振状态时叫检偏器。

当P\〃 P、2时，0 = 07 F 当尸1丄尸2时，^ = 2透射光为0。

(消光)自林检测偏振光的过程称为检偏。

透射光最强2■马吕斯定律马吕斯(Etienne Louis Malus 1775-1812 )•法国物理学家及军事工程师.1808年起在巴黎工艺学院工作.1810年被选为巴黎科学院院士.曾获得过伦敦皇家学会奖章.马吕斯从事光学方面的研究。

1808年发现反射时光的偏振，确定了偏振光强度变化的规律(现称为马吕斯定律)。

他研究了光在晶体中的双折射现象.1811年，他与J.毕奥各自独立地发现折射时光的偏振”提出了确定晶体光轴的方法, 研制成一系列偏振仪器.4 P将通过p、的光矢量振幅八1, 分解为平行于巴的分量八2和垂直于巴的分量九o垂直分量心不能通过& ,平行分量心可通过/。

A,两偏振片偏振化方向夹角为0。

o \由于光强与光振幅平方成正比,I OC 厶OC 普=cos20马吕斯定律I2 = I] cos2& = £ 厶cos" & 讨论：1•当& = 0或0 =兀时，=厶2•当& =管或& =琴时，/ 02 2 「人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的，但某些昆虫的眼睛对偏振却很敏感。

线偏振光的产生、检验

的入射角也必定是布儒斯特角。（简单几何关系证明）
光束每经过一次反射，将有10%左右的s分量被“反射损
耗”掉。经计算，由10块n2=1.5的玻璃平板组成的玻璃堆在空气中使用时，偏振度才达到0.635.
与反射式起偏器相比，玻璃堆的优点：光能利用率高、
出射光束与入射光束平行；缺点：偏振度偏低、光谱范围受到玻璃性能限制、体积偏大。
过优化设计光栅参数实现偏振分束功能。
介质光栅偏振分束的物理机制：
导模共振效应
26
193nm偏振分束光栅
严格矢量计算
C 0 753 C 1 300
TM 0 89 . 53 % TE 1 80 . 08 %
27
4.线偏振光检验
① 马吕斯(Malus)定律线偏振光射向线偏器时，透射光强度与入射光振动方向
① 反射式起偏器按照菲涅耳反射公式：
rs rp sin i t sin i t tan i t tan i t
1
当入射光以布儒斯特角 B tan
nt
n i 射向界面时，反射光
束中只含有s分量，透射光中同时含有s和p分量。
TE Al TE
TM
DUV light
TM光激发的表面等离子体波，阻碍了入射光向TM导模的耦合，从而形成反转偏振透射。
24
193nm反转偏振片偏振透射测试
电镜扫描图
偏振透射谱
C
TE TM
45
25
c. 介质偏振分束光栅通过在普通介质材料上制作亚波长光栅，使光栅具有较
大的双折射（Δn_grating=0.318>>Δn_quartz=0.013），通

实验40 偏振光的获得与检验_大学物理实验_[共4页]

第4篇综合性实验277实验40 偏振光的获得与检验1809年E.L.马吕斯（E．L．Malus）发现了光的偏振现象，当时以胡克、惠更斯和托马斯·杨为主发展的波动学说认为光波是一种纵波，其振动方向与传播方向一致，因此无法解释光的偏振现象。

1818年，法国科学院悬赏征文，本意是希望通过微粒说的理论解释光的衍射及运动再次打击波动说。

然而事与愿违，次年，菲涅耳在其论文《关于偏振光线的相互作用》中，提出了新的波动观点—光是一种横波，并以此圆满地解释了光的衍射和一直困扰波动说的光的偏振问题。

1887年赫兹证实了光是横电磁波。

光是一种电磁波，其电矢量的振动方向垂直于传播方向，是横波。

由于一般光源发光机制的无序性，其光波的电矢量的分布（方向和大小）对传播方向来说是对称的，称为自然光。

当由于某种原因，使光线的电矢量分布对其传播方向不再对称时，我们称这种光线为偏振光。

对于偏振现象的研究在光学发展史中有很重要的地位，光的偏振使人们对光的传播（反射、折射、吸收和散射）规律有了新的认识，并在光学计量、晶体性质研究和实验应力分析等技术部门有广泛的应用。

一、实验目的①观察光的偏振现象，验证马吕斯定律。

②了解1/2波片、1/4波片的作用。

③掌握椭圆偏振光、圆偏振光的产生与应用。

二、实验仪器红色LED、恒流源、硅光电池、光电流计、偏振片（2片）、1/2波片、1/4波片、导轨和光具座。

三、实验原理1．光的偏振性光是一种电磁波，由于电磁波对物质的作用主要是电场，故在光学中把电场强度E称为光矢量。

在垂直于光波传播方向的平面内，光矢量可能有不同的振动方向，通常把光矢量保持一定振动方向上的状态称为偏振态，如果光在传播过程中，若光矢量保持在固定平面上振动，这种振动状态称为平面振动态，此平面就称为振动面（见图4.78），此时光矢量在垂直于传播方向平面上的投影为一条直线，故又称为线偏振态。

若光矢量绕着传播方向旋转，其端点描绘的轨道为一个圆，这种偏振态称为圆偏振态。

14-14偏振光的获得和检测

5
二、偏振光的检测
1. 马吕斯定律
将一束强度为I0的线偏振光射到偏振片上，如果振动方向与偏振片的透振方向的夹角为，则透射光强为
I I0 cos2
这个结论就是马吕斯(E.L.Malus）定律。请思考：何时通过检偏器的光强为0（消光）？何时最大？
6
例1:某透明介质在空气中的布儒斯特角i0 =
A . ..
B
Q
G
·上题中若QG的偏振化方向垂直，则
通过G后的光强为0。若在Q和G间插
入另一偏振片C（与Q夹角α），它的
方向与QG均不同。则通过G后的光强
如何？
9
解: 根据马吕斯定律，有
I

1 2
I0
cos 2

将I = I0 / 4，代入上式，得
1 4
I0

1 2
I0
cos2

,
1 2
I
0
1
4 I0
cos
2 ,
2
45或135
8
• 补充例题：如图，Q不动，当G绕AB轴转360度时，通过G的光强怎样变化？若 G不动，转动Q?
58.0，求它在水中的布儒斯特角，已知水的
折射率为1.33。
解: 根据布儒斯特定律得
tani0

n 1
n tani0 tan58.0 1.60
在水中的布儒斯特角为
i0

1.60 arc tan
1.33

50.3
7
例2:光强为I0的自然光连续通过两个偏振片后, 光强变为I0/4，求这两个偏振片的透振方向之间的夹角。
tan i 0

偏振光现象的观察与检验

光偏振现象的观察和检验一、实验目的1.观察光的偏振现象，了解偏振光的种类；2.掌握偏振光的产生及检验方法；3.了解波片的作用。

二、实验器材氦氖激光光源（1个），1/2波片（1片），1/4波片（1片），偏振片（2片），底座（4个），光电转换器（1个）。

三、实验原理（一）偏振光的种类光是电磁波，光的偏振现象表明光是一种横波，即电磁振动方向与光的传播方向垂直。

光作为电磁波，光波中含有电振动矢量和磁振动矢量，就光与物质的相互作用而言，起主要作用的是电矢量，通常称电矢量为光矢量。

并将光矢量和光的传播方向所构成的平面称为光的振动面。

根据光矢量的振动状态，可以把光分为五种偏振态，结合图15-1认识下面几种偏振态的概念：1.自然光：如果在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量的振动方向是无规则地变化着的，且发生在各个方向的概率均等，即各个方向的平均振幅相等,称此种光为自然光。

2.部分偏振光：如果某些方向光矢量的平均振幅较大，某些方向光矢量的平均振幅较小，则称为部分偏振光。

3.线偏振光：如果光矢量沿着一个固定方向振动，则称此种光为线偏振光或称平面偏振光。

4.椭圆偏振光：光矢量的大小和方向都作规则的变化，在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量的矢端运动轨迹是椭圆，称此种光为椭圆偏振光。

5.圆偏振光：当椭圆偏振光中光矢量的大小不变，只是方向作规则的变化，光矢量的矢端运动轨迹是圆，称此种光为圆偏振光。

（二）线偏振光的产生1.用偏振片来获取线偏振光偏振片是一种具有二向色性的晶体，所谓二向色性是指该晶体对两个相互垂直振动的光矢量具有不同的吸收本领。

当自然光通过二向色性晶体时，其中一方向的振动几乎完全被吸收，则透射出来的光为线偏振光。

2.反射和折射产生偏振光根据布儒斯特定律，当自然光以=arctan n的入射角入射到折射率为n的玻璃表面上时，其反射光为完全的线偏振光，振动面垂直于入射面，称为布儒斯特角。

此时透射光为部分偏振光，如果自然光以角入射到一叠平行玻璃片堆上，则经过多次反射和折射，最后从玻璃片堆透射出来的光也接近于线偏振光。

偏振光的产生及检验2

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五、思考题
1、通过起偏和检偏的观测，你应当怎样判别自然光和偏振光？ 2、玻璃平板在布儒斯特角的位置上时，反射光束是什么偏振光？它的振动是在平行于入射面内还是在垂直于入射面内？ 3、当 / 4 波片与P1的夹角为何值时产生圆偏振光？为什么？
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三、实验内容
（三）观测椭圆偏振光和圆偏振光
1、先使起偏器P1和检偏器P2的偏振轴垂直（即检偏器P2后的光屏上处于消光状态），在起偏器P1和检偏器P2之间插入 / 4 波片，转动波片使P2后的光屏上仍处于消光状态。用硅光电池及光点检流计组成的光电转换器取代光屏。 2、将起偏角P1转过200，调节硅光电池使透过光全部进入硅光电池的接收孔内，转动检偏器P2找出最大光电流的位置，并记下光电流的数值，重复测量三次，求平均值。 3、转动P1使P1的光轴与 / 4 波片的光轴的夹角依次为300、450、 600、750、900值，在取上述每一个角度时，都将检偏器P2 转动一周，观察从P2透出光的强度变化，并记录每个角度时的最大电流值和最小电流值，表格自拟。
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三、实验内容
（四）考察平面偏振光通过1/2波片时的现象
1、按图在光具座上依次放置各元件，使起偏器P的振动面为垂直，检偏器A的振动面为水平（此时应观察到消光现象）。 2、在P、A之间插入1/2波片C，将C转动3600，能看到几次消光？解释这现象。 3、将C转任意角度，这时消光现象被破坏，把 A转动3600，观察到什么现象？由此说明通过 1/2波长片后，光变为怎样的偏振状态？

偏振光的产生和检测方法

偏振光的产生和检测方法偏振光是指处于特定方向的光波，它的波动方向只沿着某一平面振动。

在近年来的科学研究和技术应用中，偏振光的产生和检测方法得到了广泛关注。

本文将介绍偏振光的产生原理以及几种常见的偏振光检测方法。

首先，我们来了解偏振光的产生原理。

光波是一种横波，它的电场矢量在空间中以曲线的方式振动。

当沿着某一方向振动的电场矢量强度最大时，就产生了偏振光。

偏振光的产生可以通过以下几种方法实现。

一种常见的偏振光产生方法是通过偏振片。

偏振片是一种特殊的光学元件，它可以选择性地透过特定方向振动的光，而阻挡其他方向振动的光。

偏振片通常由某种具有吸收性能的有机材料制成，它的分子结构可以使特定方向的电场矢量被吸收而实现偏振功能。

通过调节偏振片的方向，我们可以产生不同方向的偏振光。

除了偏振片，还可以利用其他物理现象来产生偏振光，比如布儒斯特角现象。

布儒斯特角是指当光线入射到介质界面上，入射角等于布儒斯特角时，反射光全部是偏振光。

这种现象是由于不同波长的光在介质中的折射率不同，从而导致反射光产生偏振。

这一现象在光学元件设计和光学通信中具有重要意义。

发展到现代科技中，人们还可以通过液晶技术产生偏振光。

液晶是一种特殊的物质，它具有介于液体和固体之间的性质。

当液晶分子排列有序时，它可以选择性地通过特定方向的光，从而实现偏振功能。

利用液晶的这一特性，我们可以制造出各种类型的液晶显示器和调节器。

在实际应用中，我们需要可靠地检测偏振光的强度和方向。

下面介绍几种常见的偏振光检测方法。

首先，可以利用偏振片来检测偏振光的强度。

偏振片有一个特性，就是它只能透过与其方向相同的偏振光，而将其他方向的偏振光阻挡。

因此，通过调节偏振片的方向，我们可以逐渐减少透过的偏振光强度，从而得到偏振光的强度信息。

除了偏振片，还可以使用偏振分束器来检测偏振光的强度和方向。

偏振分束器是一种将入射光分成两个具有不同偏振方向的光束的光学元件。

其中一个光束透过，另一个光束则反射。

物理光学线偏振光的获取与检验

I
1 2
I0
1.获得偏振光的方法 ❖ 由反射与折射产生偏振光。
rs rp
tgB
n2 n1
布儒斯特角（起偏角）线偏振光（s分量）
B
rB
B rB 90
2.偏振光的检验
❖ 起偏与检偏
起偏
起偏器透光轴 PA
自然光
线偏振光
Is
1 I0= 2 Is
检偏
检偏器 PB
线偏振光
线偏振光
I0
I ?
由自由光获得线偏振光。
获取偏振光的方法；在来回反射的光路中恰当插入两片玻璃东方企业文化, 2013(7). 在来回反射的光路中恰当插入两片玻璃
4. 案例分析
❖ 案例三：外腔式气体激光器的布儒斯特窗
5. 讨论探究
❖ 如何设计车灯罩和窗玻璃，能防止对面车灯照射带来的炫光？
6. 知识扩展
❖ 液晶显示屏发出的是偏振光
6. 知识扩展
检验偏振光的状态。
3.马吕斯定律
E0
E
I0
I =？
❖ 马吕斯定律 I I0 cos2
E0
E
E
E E E0 cos
3.马吕斯定律
0
I I0 cos2
I I0
透
光
轴
I0
最大
I0
全通过
90
I 0
4. 案例分析
❖ 案例一：偏光镜分析
东方企业文化, 2013(7). 一些生物能利用太阳光偏振态变化进行导航知识点节段：利用反射和折射产生线偏振光由自由光获得线偏振光。在来回反射的光路中恰当插入两片玻璃由自由光获得线偏振光。如何设计车灯罩和窗玻璃，能防止对面车灯照射带来的炫光？偏振光检测研究[C]// 全国高等学校物理实验教学研讨会. 光电工程, 2005, 32(9):27-30. 如何设计车灯罩和窗玻璃，能防止对面车灯照射带来的炫光？周翊, 宋兴亮, 李慧,等. 一种布儒斯特窗片的设计方法: CN, CN 102522680 A[P]. 偏振光检验方法的进一步探讨[C]// 中国物理学会2012年秋季学术会议. 案例三：外腔式气体激光器的布儒斯特窗查阅文献，调研偏振照明技术发展前景，撰写2000字以上调研报告。偏振光检验方法的进一步探讨[C]// 中国物理学会2012年秋季学术会议. 知识点节段：利用反射和折射产生线偏振光如何设计车灯罩和窗玻璃，能防止对面车灯照射带来的炫光？也可获得透射的完全偏振光通过二向色性晶体获取线偏振光物理通报, 2010(11):93-94. 在来回反射的光路中恰当插入两片玻璃

偏振光的产生和检验

光学实验期末小论文学院：物理与电子科学学院班级：2013 级物理二班学号:2010921204姓名：陈杰偏振光的产生和检验一.摘要：光的偏振是指光的振动方向与光的传播方向的不对称性.偏振现象是证明光为横波的最有力的证据，在科学上具有极其重要的意义。

它不但丰富了光的波动说的内容,而且具有重要的应用价值。

自然光是各方向的振幅相同的光，对自然光而言，它的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内可取所有可能的方向，没有一个方向占有优势.若把所有方向的光振动都分解到相互垂直的两个方向上,则在这两个方向上的振动能量和振幅都相等.线偏振光是在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿一个固定方向振动.起偏器是将非偏振光变成线偏振光的器件；检偏器是用于鉴别光的偏振状态的器件。

二。

关键词：He—Ne激光器，光具座，光靶，光学测角台，偏振片,波片，白屏，CD盒. 自然光。

Natural light is the direction of the amplitude of the same light，for natural light，its direction of vibration in the vertical plane in the direction of propagation of light advisable all possible direction, not a direction advantage. If all the direction of light vibration are decomposed to two perpendicular directions，then in the two directions of vibration amplitude and energy are equal。

The line is in perpendicular to the direction of propagation of plane polarized light, the light vector only along a fixed direction vibration。